マイクロナノ3Dプリンティング：脳とコンピューターのインターフェースを可能にし、人間の脳と世界の間に高帯域幅の接続を確立する

出典: PuSL High Precision

デジタル化、ネットワーク化、インテリジェンス化を中心とした新時代の到来により、脳コンピューターインターフェース技術は、経済発展の新たな原動力の創出と国際競争の新たな優位性の構築を目指し、世界の主要経済国が開発を競う重要な分野となっています。従来の製造方法と比較して、3Dプリントは脳コンピューターインターフェース技術の生産コストを大幅に削減し、試作とテストの反復を迅速に促進し、脳コンピューターインターフェース技術の革新と改善を加速し、人工知能、バイオメディカル、病気のリハビリテーション、拡張現実、仮想現実への応用に新たな可能性を提供します。

現在の状況と動向<br /> ブレイン・コンピュータ・インターフェース技術とは、人間の脳神経と電子・機械装置との間に直接接続経路を確立することで、神経系と外部装置間の情報相互作用および機能統合を実現する技術を指します。典型的な脳コンピューターインターフェースシステムは、通常、EEG 信号の取得、EEG 信号の分析、EEG 信号制御に基づいて実行されるアクション、および外部フィードバックの 4 つの部分に分かれています。主要なコア技術には、EEG 信号を収集するための電極、神経インターフェースチップ、信号デコード、その他の最先端技術が含まれます。

*画像出典：インターネット Grand View Researchのデータによると、世界の脳コンピューターインターフェース市場規模は2023年に20億米ドルに達し、2024年から2030年にかけて年平均成長率17.8%で急成長すると予想されています。神経補綴装置に関連する疾患の罹患率の増加と世界的に高齢者人口の増加に伴い、患者グループの巨大な基盤が需要の拡大を牽引しています。脳科学と脳類似研究の発展に対する強力な政策支援と、テクノロジーにおける「産学研医学」の緊密な連携により、脳コンピューターインターフェース業界は、複数の要因によって急速に発展すると予想されています。

従来の製造技術が直面している課題を背景に、3D プリンティングは、複雑な電極の精密な製造、生産コストの大幅な削減、迅速なプロトタイピングと設計の反復を可能にするだけでなく、研究者に設計テストと最適化を迅速に実行できる効率的なプラットフォームを提供し、脳コンピューターインターフェース技術の革新と改善を加速します。この柔軟性と迅速な応答能力は、成長を続ける脳コンピューターインターフェースの分野における技術進歩を促進する上で間違いなく重要な要素です。

マイクロナノ金属積層造形 (µAM) テクノロジーの革新的なソリューションを提供する Exaddon AG は、CERES 3D 印刷システムを使用して、後処理手順を必要とせずに室温でマイクロナノ金属オブジェクトを直接製造および修復します。この技術の応用例の 1 つは、脳コンピューターインターフェース用のマイクロ電極を作成することです。このマイクロ電極は、脳に埋め込まれ、外部の計算能力と脳を直接接続できるように設計されています。この画期的なアプリケーションは、神経信号を正確に読み取り、制御することで認知機能や運動機能を回復または強化し、パーキンソン病やアルツハイマー病などの重篤な神経変性疾患の患者の生活の質を向上させる可能性を提供します。

Exaddon AG の CERES システムは、電気化学堆積に基づく金属付加製造技術 (μAM) を備えており、金属電極の高い導電性と優れた生体適合性を確保してインプラント機器に重要な保証を提供するだけでなく、電極の微細構造設計に極めて高い柔軟性を与え、研究者がニーズに応じて電極をカスタマイズして、生物組織との相互作用と信号取得効率を最適化できるようにします。

△ 高アスペクト比: 高アスペクト比 (100:1) 構造を、事前にパターン化されたトラックまたは接触パッド上にミクロンレベルの精度で直接印刷します。
△銅または金のマイクロピラー：高導電性の純金属針とピラーを室温で局所電着により印刷します。ピラーは印刷後にコーティングすることができます。
課題と将来<br /> もちろん、脳コンピューターインターフェース技術は、単にプラグアンドプレイで使えるものではありません。脳の表面に直接貼り付けて外部電極よりも正確な情報を提供する、通常皮質電気記録法 (ECoG) と呼ばれる埋め込み型技術が関係しています。しかし、その設置プロセスは比較的複雑で、脳からの電気信号を伝導できる生体適合性の微小電極が必要です。これらの電極は、長期間安定して体内に埋め込まれるように、精密で十分に小さくなければなりません。なかでも「μECoG」技術（微小電極）は近年の大きなイノベーションであり、この分野で急速に注目を集めています。

既存のインプラント技術の主な限界の 1 つは、「従来の硬い電子材料と人体の動的、柔軟、曲げ特性との間の機械的な不一致」です。この不一致により、ユーザーがデバイスを長期間使用する場合の快適性と耐久性に関する懸念が生じます。同時に、高忠実度の信号伝導を実現するためには、使用する材料が優れた電気伝導性を備えている必要があり、これは非金属材料では特に困難です。現在の技術的ソリューションは主に金または白金の電極に依存しており、基板材料の選択肢にはイリジウム、白金、ポリイミド、金などが含まれます。

この問題に対処するために、研究者らはマイクロピラーの配列を備えた柔軟な基板を開発しました。 Malliarasらは、Exaddon独自のμAM技術を使用して、電極被覆面積が10×10µm²、中心間距離が60µmのPEDOT:PSSマイクロニードルアレイを開発しました。これらの革新的な研究成果は、神経科学や生体医工学の分野に新たなアイデアを提供するだけでなく、将来の脳コンピューターインターフェース技術のさらなる発展に向けた強固な基盤を築くものと期待されています。

△ファインピッチアレイ：必要に応じてピッチをカスタマイズできます。画像: 直径 1.6 μm の銅ピラーで構成された 40 x 40 アレイ。25 μm ピッチで印刷され、合計 1600 個のマイクロピラーがあります。
スイスのExaddon AGは、MFN Precisionと長期的な戦略的パートナーシップを確立しました。契約に基づき、BMF Precisionは、中国市場におけるExaddon AGの公式サービスプロバイダーおよび主要プロモーションパートナーとして、マイクロナノ金属3Dプリント技術の推進、設備サポートの提供、市場の拡大に注力します。両者は共同で、マイクロナノ3Dプリンティング技術を人工知能、脳コンピューターインターフェース、バイオメディカル、半導体パッケージングおよびテストなどの複数の分野に幅広く応用し、技術革新と産業の進歩を共同で推進することに取り組んでいます。

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